Sujets de stages (2005-2006) proposés par PY.

Sujets de stages (2005-2006) proposés par PY.
1. Vagues de chaleur et sécheresses en Europe depuis 1900
2. Climat et dates de vendanges en France
Propositions de Stages " Modélisation du Climat"

Vagues de chaleur et sécheresses en Europe depuis 1900

Contenu du sujet :

Depuis quelques années, les phénomènes comme les canicules ou les sécheresses prennent des caractères extrêmes qui ont des impacts énormes sur la société et l’économie. Le sujet du stage vise à étudier les relations éventuelles entre températures de surface de l’océan, pression de surface autour de l’Atlantique nord et précipitations de l’hiver au printemps, et les extrêmes de température et de précipitation en été. L’étude sera basée sur des observations météorologiques au cours du 20ème siècle.

Travail à effectuer par le stagiaire :

Le stagiaire effectuera des analyses statistiques sur les jeux de données (SST et SLP) afin d’en trouver les modes principaux de variations. Il sera amené à se documenter sur la définition des phénomènes extrêmes, pour en calculer des indices à partir d’observations de température et de précipitation. Il examinera les liens entre les modes « globaux » mis en évidence avec les SST et SLP, et les indices d’extrêmes.

Niveau du stage :

Master 2°année

Date de début souhaitée :

Dès que possible

Durée souhaitée :

au moins 3 mois

Contact

Pascal Yiou

Climat et dates de vendanges en France

Contenu du sujet :

Les dates de vendanges en France sont consignées dans des registres municipaux depuis plusieurs siècles. Plusieurs auteurs ont montré que ces enregistrements historiques possèdent une information climatique pertinente pour les périodes pré-instrumentales. En particulier, ces données ont permis de reconstruire des températures en Bourgogne depuis la fin du 14ème siècle. Le LSCE, en collaboration avec E. Le Roy Ladurie, a compilé un ensemble de séries dans les régions viticoles de France. Nous proposons d’effectuer plusieurs tests statistiques pour comparer ces jeux de données entre eux et à des données de cernes d’arbres ou d’observations météorologiques anciennes, afin d’évaluer les contrastes climatiques régionaux en France au cours des derniers siècles.

Travail à effectuer par le stagiaire :

Le stagiaire devra se familiariser avec la littérature sur les reconstructions climatiques « multi-proxy » et sur la manière dont on peut calculer des températures à partir de dates de vendanges. Il effectuera des comparaisons statistiques entre les dates de vendanges régionales et d’autres indicateurs historiques (cernes d’arbres, sédiments…) au cours des derniers siècles.

Niveau du stage :

Master 2°année

Date de début souhaitée :

Dès que possible

Durée souhaitée :

au moins 3 mois.

Contact

Pascal Yiou

Propositions de Stages de l'équipe "Modélisation du Climat"

Changement climatique et mousson: analyses des relations entre le cycle saisonnier et la variabilité interannuelle

Responsable du stage: Pascale Braconnot
Collaborateurs : O. Marti
Laboratoire d'accueil : Laboratoire des sciences du climat et de l'Environnement, Orme des Merisiers, 91191 Gif sur Yvette cedex
Tel : 01 69 08 77 21 secrétariat : 01 69 08 77 11
Email : pascale.braconnot@cea.fr

Sujet:

Le phénomène de mousson est la manifestation de l'alternance saisonnière du différentiel de pression entre l'océan et le continent résultant de la réponse du système climatique à la répartition latitudinale de l'énergie solaire au sommet de l'atmosphère en fonction des saisons. Il présente de larges fluctuations interannuelles, qui résultent des interactions complexes entre les différents éléments du système climatique. Cette variabilité est en partie contrôlée par les variations des conditions océaniques et du fort couplage entre l'océan et l'atmosphère dans les régions équatoriales. Le système de mousson paraît aussi particulièrement vulnérable au changement climatique en cours sous l'impact de l'activité humaine. Le changement de climat risque de se manifester non seulement par un changement des caractéristiques moyennes de la mousson, mais aussi par un changement de variabilité ou de fréquence d'évènement extrêmes, se traduisant suivant les régions pas une augmentation des inondations ou des périodes de sécheresse intense.
Les scénarios climatiques réalisés avec les modèles tri-dimensionnels de climat sont le seul moyen pour déterminer l'évolution future de la mousson. Cependant, les modèles actuels ne représentent pas toutes les facettes du climat et des variations interanuelles de façon réaliste. Les estimations de changements hydrologiques (nuages, pluies) dans les régions équatoriales varient fortement d'un modèle à l'autre. Dans ce contexte, les variations passées de la mousson peuvent nous renseigner sur les principaux mécanismes reliant la variabilité interannuelle de la mousson et les caractéristiques du cycle saisonnier moyen, même si le forçage à l'origine du changement de mousson est différent du forçage anthropique. De plus, les données disponibles donnent le moyen d'évaluer si les modèles sont capables de représenter les principales caractéristiques de ces changements de climat.
Au cours du stage, nous proposons d'analyser et de comparer les caractéristiques de la mousson d'il y a 9000 ans, au début, de l'Holocène, avec celles du climat de l'Holocène moyen, il y a 6000 ans. Ces deux périodes sont caractérisées par une augmentation de l'amplitude du cycle saisonnier de l'énergie solaire au sommet de l'atmosphère dans l'hémisphère nord. Ces modifications proviennent des faibles variations des paramètres orbitaux caractérisant l'orbite terrestre autour du soleil. Elles se traduisent par un renforcement des gradients entre la terre et l'océan et l'augmentation du flux de mousson entre les deux. Au début de l'Holocène, la perturbation radiative est plus importante (7% contre 5%). Les modifications des caractéristiques du cycle saisonnier sont différentes pour ces deux périodes, car le maximum de différence d'insolation intervient avec environ un mois de retard. Au début de l'holocène la perturbation solaire est maximale au solstice d'été, alors qu'à l'Holocène moyen elle est maximale en août. L'objectif sera de déterminer comment le changement de cycle saisonnier moyen et le changement de variabilité affectent les caractéristiques des moussons indienne et du sud-est Asiatique. Ces analyses porteront sur les résultats de simulations couplées océan-atmosphère réalisées avec le modèle couplé de l'institut Pierre Simon Laplace.
Les différentes étapes du travail consisteront à :
1. Evaluer par rapport aux données actuelles les caractéristiques de la mousson pour les régions clefs (ou sous-systèmes de la mousson afro-asiatique) : l'inde, l'Asie du sud-ouest. L'accent sera porté sur la longueur et l'amplitude moyenne de la période de mousson, la caractérisation des phases actives de la mousson et la variabilité interannuelle de ces paramètres pour chaque région. La comparaison de simulations réalisées avec le modèle de l'IPSL, incluant une modification des flux de surface ou une paramétrisation différente de la convection atmosphérique, seront utilisées pour tester la sensibilité des modèles aux paramétrisations sous maille.
2. Analyser comment les caractéristiques précédentes sont affectées par la réponse du climat au changement d'insolation. Il s'agira de déterminer en particulier si certaines régions sont plus affectées par le changement de cycle saisonnier moyen ou de variabilité interannuelle.
3. Evaluer les changements simulés par rapport aux paléo-données disponibles, en s'attachant dans un premier temps aux caractéristiques du cycle saisonnier moyen.
4. Relier les changements simulés et les différences entre les modèles aux caractéristiques de grande échelle du climat, incluant les cellules de Hadley, les cellules de Walker et les propriétés radiatives des nuages. Suivant l'avancée des analyses il sera aussi envisager de relier les fluctuations interannuelles aux modifications de la circulation océanique et aux modes de variabilités de la circulation tropicale.

Analyse des instabilités climatiques observées dans l’hémisphère Sud à l’aide d’un modèle couplé climat-calottes polaires

Responsable de Stage : Sylvie Charbit
Tél : 01 69 08 30 85. Fax : 0. 69 08 77 16
Email : sylvie.charbit@cea.fr
Laboratoire proposant : Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement
Orme des Merisiers. Centre d’Etudes de Saclay.
91191 Gif-sur-Yvette Cedex.

Sujet

Au cours des derniers cycles glaciaires–interglaciaires, les calottes polaires ont joué un rôle clé dans le système climatique, en particulier lors des événements rapides observés dans les enregistrements des forages glaciaires ou lors de la dernière déglaciation. Dans le contexte du réchauffement climatique, une situation similaire pourrait se reproduire avec les calottes polaires actuelles. Pour étudier l’impact de la fonte éventuelle du Groenland et de l’Antarctique sur le climat, nous avons élaboré au Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement, une procédure de couplage entre le modèle de climat de complexité intermédiaire CLIMBER (atmosphère-océan-végétation) et deux modèles de glace tri-dimensionnels qui décrivent chacun l’évolution de la géométrie des calottes polaires dans l’hémisphère Nord (GREMLINS) et l’hémisphère Sud (GRISLI). Ce modèle a déjà été testé pour les périodes de la dernière entrée en glaciation et la dernière déglaciation.
Par ailleurs, des simulations préliminaires couvrant les 5000 prochaines années ont été effectuées avec ce nouvel outil pour étudier la réponse des calottes polaires actuelles au réchauffement climatique. Ces simulations mettent en évidence une différence nette dans l’évolution de certains paramètres climatiques (notamment dans l’hémisphère Sud), selon que l’on tient compte ou non de l’influence de la dynamique du Groenland. En particulier des instabilités sont observées dans les signaux de température mais aussi dans ceux liés à l’intensité de la circulation des eaux de fond antarctiques.
Au cours de ce stage, l’étudiant(e) devra analyser les mécanismes à l’origine de ces instabilités climatiques. Il s’agira en particulier, dans un scénario de climat futur, d’étudier les interactions entre le climat et chacune des calottes (Groenland et Antarctique), puis de comprendre les spécificités des réponses de l’hémisphère Nord et de l’hémisphère Sud. Cette étude pourra ensuite être étendue à différents scénarios d’évolution de gaz à effet de serre.

Ce travail pourra déboucher sur une thèse
Rémunération selon règles en vigueur au LSCE

L'évolution du cycle du carbone au cours du Quaternaire

encadrant = Didier Paillard (didier.paillard@cea.fr)
co-encadrant = Laurent Bopp (laurent.bopp@cea.fr)

Sujet

Lors du dernier million d'années, la planète Terre a subit des changements climatiques cycliques très importants connus sous le nom de cycles glaciaires-interglaciaires. Ces cycles sont accompagnés de profonds changements dans le cycle du carbone. Ainsi, les carottes de glace prélevées en Antarctique ont permis de déterminer que la concentration atmosphérique en CO2 a varié entre 180 ppm lors des périodes les plus englacées, et 280 ppm lors des phases interglaciaires. Jusqu'à présent, si de nombreuses hypothèses ont été avancées pour expliquer ce couplage entre le climat et le cycle du carbone, aucune théorie pleinement satisfaisante n'a pu être formulée. Néanmoins, une nouvelle vision de la circulation profonde en période glaciaire pourrait apporter un éclairage inédit sur ce problème: les eaux océaniques de fond pourraient avoir été beaucoup plus salées, et donc plus denses, que ce qui était envisagé auparavant. Ainsi, un modèle conceptuel basé sur cette hypothèse (Paillard et Parrenin, 2004) permet de reproduire de façon assez satisfaisante l'évolution temporelle du climat et du CO2 atmosphérique sur le Quaternaire. Le but de cette thèse sera d'examiner, à l'aide des outils de modélisation disponibles au LSCE (IPSL-ORCA-PISCES (3D); Climber-carbone (2D); modèles en boîtes (0D)), comment un tel scénario peut se comparer aux observations paléoclimatiques actuellement disponibles, comme certes le CO2 atmosphérique mesuré dans les carottes antarctiques, mais surtout la composition isotopique en 13C dans l'océan et dans l'atmosphère et des indicateurs de dissolution des carbonates dans l'océan. Le travail portera donc, dans un premier temps sur la compréhension des données disponibles, puis sur la définition d'une stratégie de modélisation (outils 3D, 2D ou 0D) pour répondre au mieux à ce problème.
0D : Les modèles en boîtes sont depuis longtemps un outil de prédilection des géochimistes pour analyser les tranferts des éléments (carbone, alcalinité, isotopes) dans les différents réservoirs océaniques. Ils permettent de formuler des hypothèses et d'examiner rapidement les ordres de grandeur associés. Cet outil ne peut cependant pas reproduire la dynamique de l'océan. C'est pourquoi des modèles 2D et 3D sont nécessaires.
2D : Le doctorant utilisera le modèle Climber-Carbone dans diverses configurations de l'océan pertinentes pour le dernier maximum glaciaire, afin d'en étudier les implications en terme de carbone, d'alcalinité et de carbone 13. La comparaison aux données paléocéanographiques disponibles au LSCE permettra alors de sélectionner certaines hypothèses qui pourront éventuellement être approfondies avec le modèle tri-dimensionel.
3D : Concernant la modélisation 3D, le doctorant pourra dans un premier temps s’appuyer sur les simulations glaciaires réalisées avec le modèle couplé de l’IPSL. Dans un deuxième temps, de nouvelles simulations couplées océan-atmosphère ou océan seul pourront être réalisées et utilisées pour parvenir à explorer toute la sensibilité du cycle du carbone océanique à la circulation de l’océan austral. D’autres effets biogéochimiques (fertilisation par le fer atmosphérique, modification des apports fluviaux, …) pourront également être explorés. Pour la modélisation 3D, une partie importante du travail de thèse sera consacrée à la comparaison des sorties de modèles aux données disponibles.

La rétroaction entre l'érosion continentale et le cycle du carbone lors du dernier et du prochain million d'années

encadrant: Didier Paillard (didier.paillard@cea.fr)
co-encadrant: Yannick Donnadieu (Yannick.Donnadieu@cea.fr)

Sujet

Aux échelles de temps de plusieurs centaines de milliers d'années, ou de millions d'années, il est admis que le climat est régulé par le cycle du carbone, via l'érosion des roches silicatées continentales. En effet, une augmentation globale des températures favorise a priori une augmentation de l'érosion, et par conséquent une diminution du CO2 atmosphérique, ce qui constitue là sans doute le principal "thermostat" de la Planète, appelé parfois "rétroaction de Walker". Néanmoins, étant donné les difficultés pour simuler l'évolution à très long terme du climat et ses conséquences sur l'érosion, peu de travaux ont été conduits pour mieux comprendre cette interaction sur le dernier et sur le prochain million d'années. En particulier, ce mécanisme va alors potentiellement interagir avec les cycles glaciaires-interglaciaires qui dominent la variabilité climatique du Quaternaire. Il s'agit pourtant bien là du seul mécanisme qui permettra, au final, d'absorber la perturbation anthropique actuelle, et de rétablir un climat "naturel" après quelques centaines de milliers d'années. L'objet de ce stage sera d'examiner cette rétroaction à l'aide de modèles en boîtes (0D) et du modèle couplé climat-carbone GEOCLIM (2D) lors des cycles du Quaternaire.

Ce stage pourra être poursuivi par une thèse (sous réserve de financement).